固体电解质研究现状及前景预测ppt课件

固体电解质研究现状和前景预测,1,目录,01/研究背景02/发展现状03/前景预测,2,2008-2016年我国锂离子电池产量与增速,锂离子电池处于高速发展阶段！,增速(/%),研究背景,3,安全性？稳定性？,液态锂离子电池工作原理图,研究背景,4,全固态锂电池结构示意图,优势安全性好稳定性好构造简单,全固态锂电池工作原理图,研究背景,5,1）具有高的室温电导率（10-4S/cm）。2）电子绝缘（Li+迁移数近似为1）。3）电化学窗口宽（vsLi+/Li6V）。4）与电极材料相容性好。5）热稳定性好、耐潮湿环境、机械性能优良。6）原料易得，成本较低，合成方法简单。,关键Li+快速可逆传输固体电解质,良好的固体电解质应具备特征：,研究背景,6,目录,01/研究背景02/发展现状03/前景预测,7,与O2-相比较，S2-的半径大且极化作用强，用S替换O,可起到两方面作用：(1)可以增加晶胞体积、扩大Li+传输通道尺寸;(2)弱化了骨架对Li+的吸引和束缚，增大可移动载流子Li+的浓度。,室温离子电导率：10-5S/cm，易变形，界面不稳定,固体电解质及其分类,8,聚合物固体电解质,优点：柔韧性和可加工性与电极接触较好,界面电阻低,缺点：室温条件下,离子电导率低高温条件下(60oC)电导率高,机械强度低,解决方案:1)设计合适的嵌段共聚物;2)将聚合物固体电解质与无机锂盐或固态电解质结合,制备成复合电解质。,主要固态聚合物电解质基体及解决方案,9,钙钛矿（ABO3）型晶体结构,NASICON型晶体结构LiA2IV(PO4)3,LISICON型Li3Zn0.5GeO4晶体结构,石榴石型Li5La3Ta2O12晶体结构,常见无机晶态固体电解质的理想结构,10,主要钙钛矿（ABO3）型固体电解质,优点：室温离子电导率高（10-4S/cm）,缺点：结构稳定性差，Ti4+与Li反应转变为Ti3+，电化学窗口变窄;与金属锂反应。,1）钙钛矿（ABO3）型固体电解质,11,Li5La3M2O12(M=Ta、Nb、Sb、Bi)活化能、离子电导率与晶格常数的关系,常见的石榴石型固体电解质,Chem.Soc.Rev.2014,43.4714-4724,2）石榴石型固体电解质,12,优点：室温离子电导率高（10-3S/cm）与金属锂接触时较稳定,缺点：易与空气中H2O、CO2反应，生成LiOH和Li2CO3,界面电阻增大;与金属锂浸润性较差，循环过程中锂离子沉积不均匀，易产生枝晶，存在安全隐患,解决方案:1)在石榴石型固体电解质表面加入少量LiF,减少其与空气中H2O、CO2反应;2)在金属锂和电解质界面之间引入聚合物或者凝胶电解质作为缓冲层,浸润金属锂,减少枝晶产生;3)在电解质陶瓷片上溅射能够与金属锂形成合金的物质,减少枝晶产生.,石榴石型固体电解质优缺点及解决方案,13,主要NASICON型固体电解质体系,优点：室温离子电导率高（10-3S/cm）,缺点：结构稳定性差，Ti4+与Li反应转变为Ti3+，结构破环;与金属锂反应。,3）NASICON型固体电解质,14,LISICON型固体电解质,优点：室温离子电导率高LGPS离子电导率达10-2S/cm,缺点：空气中稳定性差，易与CO2反应。,4）LISICON型固体电解质,15,5）主要硫化物固体电解质及其主要专利权人,主要硫化物固体电解质及其主要专利权人,16,目录,01/研究背景02/发展现状03/前景预测,17,典型电解质的阿伦尼乌斯曲线,25oC时，无机固体电解质离子电导率排序,Isr.J.Chem.0000,00,115,典型电解质及其离子电导率特性,18,国内外企业固态电池相关研发及产业布局,19,无机固态锂电池研究相关技术高被引专利（20072017年）,20,固体电解质未来前景预测,固体电解质未来可能发展方向：聚合物固态电解质发展室温条件下离子电导率高的聚合物交联共聚物，并与无机锂盐或固态电解质结合，制备复合固体电解质硫化物固体电解质1）thio-LISICON型Li10GeP2S12，离子